CN114813144B - 一种高速甩油盘喷雾实验系统及纹影测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雾化实验装置技术领域，具体涉及一种高速甩油盘喷雾实验系统及纹影测量方法。包括抽风集液组件，抽风集液组件包括保护罩，保护罩内设置有轴系组件，轴系组件与供油组件连接，轴系组件外罩设有喷雾罩，所述保护罩的内部顶端设置有均流板，保护罩上与轴系组件轴心垂直的两个侧面上对称设置有观察窗，两观察窗的外侧设置有纹影系统，保护罩与集液箱连通，集液箱通过气液分离器与抽风机连通。轴系组件上罩设有喷雾罩，可以防止甩油盘雾化喷嘴喷出的油发生溅射，保护罩连接集液箱和气液分离器，并最终连通抽风机，抽风机可以及时抽走保护罩内的油雾，避免浮余细小油雾对测试精度的影响，保证试验时无油雾翻滚、油雾回流和油雾外溢现象。

Description

一种高速甩油盘喷雾实验系统及纹影测量方法

技术领域

本发明属于雾化实验装置技术领域，具体涉及一种高速甩油盘喷雾实验系统及纹影测量方法。

背景技术

燃油雾化作为燃烧过程的初始阶段，其性能对发动机的燃烧效率和燃烧稳定性有重大影响，研究燃油的雾化机理对发动机设计具有重要意义。

甩油盘利用旋转动能来实现液体的雾化，在旋转产生的离心力的作用下，燃油通过甩油盘圆周上特定数量的孔以喷射的方式被甩出，并与周围空气的相互作用，液体破碎成细小的液滴，从而与空气充分混合。

在小型燃气轮机中，发动机转速通常在20000-50000rpm，但随着转速的提高，喷雾空间内容易出现油雾翻滚、油雾回流和油雾外溢等现象，这对模拟发动机高速运转工况下喷雾的破碎过程可视化拍摄提出了挑战，因此对于甩油盘喷雾形态的机理研究实验方案，特别是高速旋转工况下的甩油盘喷雾形态实验装置仍需进一步优化。

发明内容

基于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高速甩油盘喷雾实验系统及纹影测量方法，并具体公开了以下技术方案：

一种高速甩油盘喷雾实验系统，包括抽风集液组件，所述抽风集液组件包括保护罩，所述保护罩固定设置在第一支撑平台上，所述保护罩内设置有轴系组件，所述轴系组件与供油组件供油连接，所述保护罩内轴系组件外罩设有喷雾罩，所述喷雾罩的顶面设置有甩油窗口，所述保护罩的内部顶端设置有均流板，所述保护罩上与轴系组件轴心垂直的两个侧面上对称设置有观察窗，两所述观察窗的外侧设置有纹影系统，所述保护罩分别通过排油管和排风管与集液箱连通，所述集液箱通过气液分离器与抽风机连通。

进一步的，所述均流板呈倒V型，所述均流板的顶端相交线位于轴系组件的中心轴线的正上方且平行于中心轴线。

进一步的，所述均流板两端的底面上分别设置有平行于顶端相交线的凹槽，所述凹槽与均流板两侧的保护罩侧壁存在间隔。

进一步的，所述保护罩上分别设置有上排风口和下排风口，所上排风口设置在保护罩上均流板以上的位置，所述下排风口设置于保护罩的下部，所述观察窗为外凸安装，所述观察窗与保护罩侧壁的所在平面之间存在间隔。

进一步的，所述轴系组件包括甩油盘雾化喷嘴、缓冲室、从动轴和主轴电机，所述从动轴的一端与甩油盘雾化喷嘴固定连接，另一端与主轴电机驱动连接，所述缓冲室的一端与甩油盘雾化喷嘴转动连接，另一端通过固定轴支座底座安装于固定平台上，所述甩油盘雾化喷嘴位于喷雾罩上的甩油窗口处，所述缓冲室上设有进油管和出油口，所述出油口与甩油盘雾化喷嘴连通，所述进油管与供油组件连通。

进一步的，所述供油组件包括储油箱、油泵和防爆电机，所述储油箱通过高压软管依次将油泵、压力表和转子流量计连通后与进油管连通，所述防爆电机通过联轴器与油泵驱动连接。

进一步的，纹影系统包括第一纹影反光镜、第二纹影反光镜、高速相机以及LED光源，所述第一纹影反光镜、第二纹影反光镜与轴系组件位于同一竖直平面上，且第一纹影反光镜与第二纹影反光镜所在的直线与轴系组件的中心轴线平行，靠近第一纹影反光镜的一侧设置有LED光源，靠近第二纹影反光镜的一侧设置有高速相机。

进一步的，所述LED光源与第一纹影反光镜之间依次设置有聚光镜和狭缝，所述第二纹影反光镜与高速相机之间设置有刀口。

一种基于上述高速甩油盘喷雾实验系统的纹影测量方法，包括以下步骤：

S1、通过供油组件在轴系组件的缓冲室内充满燃油，通过转子流量计和压力表的监测油泵是否达到稳定工作状态；

S2、主轴电机通过带动从动轴的旋转来实现甩油盘喷嘴的高速运行，将抽风机调至稳定运行状态；

S3、燃油通过甩油盘雾化喷嘴高速喷出，并雾化成液雾，抽风集液组件及时抽走保护罩内的细小油雾，保证实验过程中无油雾积累、翻滚和油雾外溢的现象；

S4、打开LED光源，LED光源发出的光束经过聚光镜聚光并穿过狭缝后均匀照射到第一纹影反光镜表面，经第一纹影反光镜反射后平行穿过保护罩内的喷雾区域，而后照射到第二纹影反光镜上，第二纹影反光镜继续将光反射至刀口进行切割，并最终由高速相机拍摄燃油的雾化破碎形态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明中轴系组件上罩设有喷雾罩，可以防止甩油盘雾化喷嘴喷出的油发生溅射，保护罩通过排风管连接集液箱和气液分离器，并最终连通抽风机，抽风机可以及时抽走保护罩内的油雾，避免浮余细小油雾对测试精度的影响，保证试验时无油雾翻滚、油雾回流和油雾外溢现象。

附图说明

图1为本发明的主体结构示意图。

图2为本发明中抽风集液组件的结构示意图。

图3为本发明中轴系组件的结构示意图。

图4为本发明中保护罩结构的透视图。

图5为本发明中供油组件的结构示意图。

图6为本发明中纹影系统的示意图。

1—第一支撑平台，2—抽风集液组件，2001—减震橡胶垫，2002—螺栓，2003—轴向调速电机，2004—抽风机，2005—风机排风口，2006—排液阀门，2007—观察窗，2008—排风管，2009—排油管，2010—保护罩，2011—保护罩螺钉，2012—集液箱，2013—气液分离器，2014—匀流板，2015—上排风口，2016—上排油口，2017—进油管口，2018—下排风口，2019—下排油口，2020—喷雾罩，3—轴系组件，3001—固定平台，3002—甩油盘雾化喷嘴，3003—角接触球轴承，3004—固定轴支座上盖板，3005—从动轴，3006—固定平台螺钉，3007—主轴电机，3008—固定轴支座底座，3009—进油管，3010—缓冲室，4—供油组件，4001—高压软管，4002—转子流量计，4003—压力表，4004—防爆电机，4005—联轴器，4006—储油箱，4007—阻火呼吸阀，4008—进油端盖，4009—活动脚轮，4010—液位计，4011—进油阀门，4012—油泵，4013—转接板，5—第二支撑平台，6—纹影系统，6001—LED光源，6002—聚光镜，6003—裂缝，6004—第一纹影反光镜，6005—高速相机，6006—刀口，6007—第二纹影反光镜，6008—喷雾区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围

如图1所示，本发明提供一种高速甩油盘喷雾实验系统，包括第一支撑平台1、抽风集液组件2、轴系组件3、供油组件4、第二支撑平台5和纹影系统6，其中供油组件4通过高压软管4001与轴系组件3供油连接，抽风集液组件2通过保护罩螺钉2011固定在第一支撑平台1上，轴系组件3喷射出液体后经过抽风集液组件2及时抽走保护罩2010内的油雾。

如图2和图3所示，所述抽风集液组件2中，保护罩2010通过保护罩螺钉2011固定在第一支撑平台1上，用于防止实验空间内的液体飞溅，起到暂时存储实验空间内油雾的作用，保护罩2010上端的倒V型匀流板2014可以达到均匀平稳的抽气效果，减少抽气对喷雾过程的影响，且保护罩2010两端面开设的有机玻璃材质的观察窗2007可以将实验过程可视化，便于拍摄喷雾的雾化过程；喷雾罩2020与轴系组件3对称安装，用于防止实验过程中经轴系组件3喷出的液体飞溅，内部的液体经过喷雾罩2020两侧的出口排入保护罩2010，减小对拍摄过程的干扰；排风管2008作为整个测试系统中抽风集液组件2的连接系统，与各部件焊接固定，保护罩2010表面对称分布有上排风口2015、下排风口2018，用于增大抽取油雾的作用面积；下排油口2019用于排出保护罩内部积液，上排油口2016用于排出空间内经排风系统作用残留于上部的液体，上下排油口均通过排油管2009与集液箱2012焊接固定；集液箱2012位于保护罩2010的下方，且后端连接气液分离器2013，用于及时排出保护罩内部积油；排液阀门2006位于集液箱2012下端位置，用于定期排出箱内液体；抽风机2004、气液分离器2013、集液箱2012、保护罩2010在俯视状态下位于同一直线上，掺混后的油气经集液箱2012进入气液分离器2013后，气体经风机排风口2005排出室外，液体存留在气液分离器2013内部；抽风机2004通过轴向调速电机2003进行驱动，经气液分离器2013、集液箱2012对保护罩2010抽气，减震橡胶垫2001位于安装底板2002下侧，并通过地脚螺栓的方式进行固定，用以减缓试验过程中的振动；进油管口2017作为轴系组件3和供油组件4连接的通道。

如图4所示，所述轴系组件3中，进油管3009通过高压软管4001与供油组件4进行连接；固定轴支座上盖板3004与固定轴支座底座通过螺钉3006将主轴电机3007进行固定，主轴电机3007与从动轴3005驱动连接，从动轴3005的两侧轴肩套有角接触球轴承3003，角接触球轴承3003通过固定轴支座底座3008安装在固定平台3001上，固定轴支座底座3008与固定平台3001通过螺钉3006固定；缓冲室3010一端与甩油盘雾化喷嘴3002套接，另一端通过固定轴支座底座3008安装于固定平台3001上，缓冲室3010与固定轴支座底座3008通过螺钉固定，且通过出油口3011与甩油盘雾化喷嘴3002连通；甩油盘雾化喷嘴3002通过螺钉3006固定在从动轴3005上，缓冲室3010、从动轴3005和甩油盘雾化喷嘴3002位于同一中心轴线并依次连通。

如图5所示，所述供油组件4中，储油箱4006下部安装有活动脚轮4009，便于油箱的灵活移动与固定；液位计4010安装于储油箱4006的正面上部位置，表面刻有液位百分比容量的刻度，便于监测储油箱4006内部燃油的剩余量；阻火呼吸阀4007位于储油箱4006上端面，用来保证储油箱4006内部的透气安全；进油端盖4008与储油箱4006螺纹连接，便于燃油加注；进油阀门4011用来控制油箱出油开度，通过高压软管4001与油泵4012连接，高压软管4001作为供油组件4中的连接系统，与各部件螺纹连接；油泵4012通过螺钉固定在第二支撑台5上，防爆电机4004通过联轴器4005与油泵4012驱动连接，防爆电机4004通过电机转接板4013固定在第二支撑平台5上，可以确保防爆电机4004与油泵4012的同轴度；转子流量计4002位于轴系组件3与油泵4012之间，用来实时监测油泵出口流量；压力表4003通过三通转接头连接在高压软管4001上，用来测量油泵出口压力。

如图6所示，基于上述高速甩油盘喷雾实验系统的纹影测量方法如下：

测试前，通过供油组件4在缓冲室3010内充满燃油，通过转子流量计4002和压力表4003的监测油泵4012是否达到稳定工作状态；主轴电机3007通过带动从动轴3005的旋转来实现甩油盘喷嘴3002的高速运行，将抽风机2004调至稳定运行状态。测试过程中，燃油通过甩油盘雾化喷嘴3002高速喷出，并雾化成液雾，抽风集液组件2及时抽走保护罩2010内的细小油雾，保证实验过程中无油雾积累、翻滚和油雾外溢的现象；LED光源6001发出的光束经过聚光镜6002后穿过狭缝6003，此时的光均匀照射到第一纹影反光镜6004表面，经反射平行后经过喷雾区域6008，经过第二纹影反光镜6007反射后，刀口6006对点光源进行切割，通过布置在刀口6006后面的高速相机6005拍摄雾化破碎形态。

本发明通过改变油泵4012的供油流量及主轴电机3007的转速，可以实现不同工况下的甩油盘雾化实验，基于纹影法，可以对不同形状和尺寸的甩油盘雾化喷嘴的喷雾雾化形态进行清晰拍摄，对于分析甩油盘雾化破碎动力学机理有重要意义。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速甩油盘喷雾实验系统，其特征在于，包括抽风集液组件，所述抽风集液组件包括保护罩，所述保护罩固定设置在第一支撑平台上，所述保护罩内设置有轴系组件，所述轴系组件与供油组件供油连接，所述保护罩内轴系组件外罩设有喷雾罩，所述喷雾罩的顶面设置有甩油窗口，所述保护罩的内部顶端设置有均流板，所述保护罩上与轴系组件轴心垂直的两个侧面上对称设置有观察窗，两所述观察窗的外侧设置有纹影系统，所述保护罩分别通过排油管和排风管与集液箱连通，所述集液箱通过气液分离器与抽风机连通；

所述均流板呈倒V型，所述均流板的顶端相交线位于轴系组件的中心轴线的正上方且平行于中心轴线；

所述均流板两端的底面上分别设置有平行于顶端相交线的凹槽，所述凹槽与均流板两侧的保护罩侧壁存在间隔。

2.根据权利要求1所述的一种高速甩油盘喷雾实验系统，其特征在于，所述保护罩上分别设置有上排风口和下排风口，所上排风口设置在保护罩上均流板以上的位置，所述下排风口设置于保护罩的下部，所述观察窗为外凸安装，所述观察窗与保护罩侧壁的所在平面之间存在间隔。

3.根据权利要求1所述的一种高速甩油盘喷雾实验系统，其特征在于，所述轴系组件包括甩油盘雾化喷嘴、缓冲室、从动轴和主轴电机，所述从动轴的一端与甩油盘雾化喷嘴固定连接，另一端与主轴电机驱动连接，所述缓冲室的一端与甩油盘雾化喷嘴转动连接，另一端通过固定轴支座底座安装于固定平台上，所述甩油盘雾化喷嘴位于喷雾罩上的甩油窗口处，所述缓冲室上设有进油管和出油口，所述出油口与甩油盘雾化喷嘴连通，所述进油管与供油组件连通。

4.根据权利要求3所述的一种高速甩油盘喷雾实验系统，其特征在于，所述供油组件包括储油箱、油泵和防爆电机，所述储油箱通过高压软管依次将油泵、压力表和转子流量计连通后与进油管连通，所述防爆电机通过联轴器与油泵驱动连接。

5.根据权利要求1所述的一种高速甩油盘喷雾实验系统，其特征在于，纹影系统包括第一纹影反光镜、第二纹影反光镜、高速相机以及LED光源，所述第一纹影反光镜、第二纹影反光镜与轴系组件位于同一竖直平面上，且第一纹影反光镜与第二纹影反光镜所在的直线与轴系组件的中心轴线平行，靠近第一纹影反光镜的一侧设置有LED光源，靠近第二纹影反光镜的一侧设置有高速相机。

6.根据权利要求5所述的一种高速甩油盘喷雾实验系统，其特征在于，所述LED光源与第一纹影反光镜之间依次设置有聚光镜和狭缝，所述第二纹影反光镜与高速相机之间设置有刀口。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述高速甩油盘喷雾实验系统的纹影测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过供油组件在轴系组件的缓冲室内充满燃油，通过转子流量计和压力表的监测油泵是否达到稳定工作状态；

S2、主轴电机通过带动从动轴的旋转来实现甩油盘喷嘴的高速运行，将抽风机调至稳定运行状态；

S3、燃油通过甩油盘雾化喷嘴高速喷出，并雾化成液雾，抽风集液组件及时抽走保护罩内的细小油雾，保证实验过程中无油雾积累、翻滚和油雾外溢的现象；

S4、打开LED光源，LED光源发出的光束经过聚光镜聚光并穿过狭缝后均匀照射到第一纹影反光镜表面，经第一纹影反光镜反射后平行穿过保护罩内的喷雾区域，而后照射到第二纹影反光镜上，第二纹影反光镜继续将光反射至刀口进行切割，并最终由高速相机拍摄燃油的雾化破碎形态。

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